Сегодня мы знаем гораздо больше о том, как это происходит, потому что современные технологии, такие как фМРТ, позволяют нам фотографировать внутренние структуры мозга, и впервые в истории человечества мы можем непосредственно увидеть, как выглядят живые воспоминания. Благодаря технологическому прогрессу ученые теперь могут исследовать биологические и химические механизмы, на которых основана работа памяти, и проверить достоверность физиологических теорий формирования памяти. Сейчас мы знаем о памяти гораздо больше, чем десять лет назад, и можем наблюдать за формированием воспоминаний с момента их появления и до их исчезновения.
Запечатление воспоминаний
Процесс превращения воспоминаний о пережитом опыте в физическую структуру в мозге называется биологическим запечатлением. Чтобы сохранить полученный опыт в долговременной памяти, необходим биохимический синтез для образования связей между существующими в мозге нейронами.
У наших нейронов есть тонкие отростки – дендриты, благодаря которым они могут устанавливать физические связи с другими клетками. Имеющиеся на них ответвления служат узлами связи между этими отростками. Внутри каждого отдельного нейрона сообщения в основном передаются в виде электрических импульсов, но между собой нейроны, как правило, общаются при помощи химических соединений, передаваемых посредством синапсов. Синапс – это разрыв, или щель, между двумя нейронами. Синапсы представляют собой своеобразные передатчики и приемники. Яркие воспоминания – это во многом результат непрерывного богатого потока информации от одной клетки к другой. Это общение происходит при помощи химических посредников – нейромедиаторов, которые говорят нейронам, что делать: в большинстве случаев – нужно ли им активизироваться больше или меньше. Можно представить себе нейроны как аэропорты, между которыми курсируют самолеты-нейромедиаторы. В зависимости от того, какие взлетно-посадочные полосы (рецепторы) доступны на синапсе, до которого они добрались, некоторые самолеты смогут приземлиться, а некоторые – нет. Таким образом контролируется обмен информацией между нейронами, что позволяет нам не сжечь собственные нейроны в моменты сильного возбуждения.
Помню, как один из моих университетских преподавателей очень запоминающимся образом продемонстрировал принцип работы синапсов и соединенных с ними клеток. Он встал посередине аудитории, в которой находилось около 200 студентов, и терпеливо дождался, когда мы сконцентрируем на нем свое внимание.
«Я – нейрон», – констатировал он. Он раскинул руки в стороны, словно изображая букву Т: «Это мои дендриты». Потом он раскрыл ладони, которые до тех пор были сжаты в кулаки, и напряг пальцы: «Это ответвления на моих дендритах». Он подозвал одного из студентов и попросил его встать рядом в такой же позе. Он поднес кончики пальцев к ладони соседа, оставив между ними крошечный промежуток: «А это мои синапсы». В конце концов он пожал руку рядом стоящего студента, показывая, как импульс передается от одного нейрона к другому.
В человеческом мозге насчитывается около 86 миллиардов рабочих нейронов, поэтому запись воспоминания это скорее процесс создания и настройки связей между уже существующими клетками, чем формирование новых нейронов. Хотя все составляющие нейронных связей могут меняться, большинство ученых считают, что наибольшую роль в создании воспоминаний играют синапсы.
Долговременная потенциация – это усиление синаптической передачи между двумя нейронами, происходящее из-за того, что нейроны систематически активизируются по отношению друг к другу. Предположим, например, что вы находитесь на пляже в Испании и впервые за несколько лет можете по-настоящему расслабиться. В этой ситуации активизируются нейроны в «пляжной» сети, а также в сетях «Испания» и «отдых». Если переживаемый опыт достаточно сильно активизирует эти связи или же это происходит благодаря похожему, регулярно повторяющемуся опыту, между этими нейронными сетями установится прочная связь. То есть ваша ассоциативная память свяжет, к примеру, понятия «Испания», «пляж» и «отдых».
Мишель Бодри – один из самых выдающихся исследователей в этой области, заложивших основы нашего понимания биохимической природы воспоминаний[54]. В 2011 г. он опубликовал обзор результатов 25 лет работы, проведенной совместно с группой ученых из Университета Южной Калифорнии. Они фактически свели изучение биохимической природы памяти к двум вещам: исследованию процесса под названием «долговременная потенциация» и влиянию веществ кальпаинов – кальций-чувствительных протеаз. Бодри и его коллеги утверждают, что кальций необходим для стимуляции протеинов, которые позволяют синапсам претерпевать долгосрочные изменения, имеющие отношение к памяти. Когда связь между двумя нейронами регулярно и настойчиво активируется, как, например, связь между понятиями «парк» и «деревья», в этом конкретном месте активируются кальпаины. Затем они изменяют структуру синапсов, что приводит к образованию более сильной связи между активированными клетками памяти в мозге. Похоже, только когда в дело вступают кальпаины, мы можем наблюдать переход от простого новоприобретенного опыта к длительному воспоминанию.
Заднежаберные моллюски и крысиные мозги
Эрик Кандел – еще один исследователь, занимающийся этим феноменом. Я ни разу лично не встречалась с этим удивительным человеком, получившим Нобелевскую премию по медицине, одним из пионеров в мире исследований памяти. Однако я годами следила за его публикациями – читала его статьи, учебники, автобиографию и интервью. Поэтому мне кажется, будто я с ним знакома. Кандел впервые заинтересовался заднежаберными моллюсками в 1962 г., и вместе с коллегами и студентами из Колумбийского университета в Нью-Йорке он до сих пор продолжает исследовать представителей вида Aplysia. Термин Aplysia образовался в результате слияния древнегреческих слов, означавших «море» и «заяц». Этих крупных слизняков, похожих на улиток без раковин, назвали морскими зайцами из-за небольших рожек на головах, которые напоминают заячьи уши.
Кандел избрал аплизий в качестве объекта исследования, потому что они пользуются простой системой нейронов, чтобы запоминать переживаемый опыт и реагировать на него. Например, если в условиях эксперимента ущипнуть аплизию за жабру, она может научиться ее втягивать. Участвующие в процессе нейроны можно изолировать и извлечь, и растут они с огромной скоростью. В лабораторных условиях их можно сохранять живыми вне мозга хозяина in vitro, поместив их в жизнеобеспечивающую кислородосодержащую жидкость.
Так как единственное назначение нейронов – образовывать связи и формировать мозг, изолированные нейроны немедленно начинают искать другие нейроны, с которыми можно было бы взаимодействовать. Для этого они отращивают более длинные дендриты и дополнительные синапсы. По словам Кандела[55], «новые синапсы вырастают в течение дня прямо на ваших глазах». Этот удивительно быстрый рост нейронов, намного более быстрый, чем у людей, делает аплизий идеальными подопытными для исследования того, как внутри индивидуальных клеток и между ними образуются воспоминания. А так как люди фактически полагаются на такие же нейронные процессы, что и эти беспозвоночные, такие исследования напрямую связаны с изучением человеческой памяти.
